AI进销存2025年11月20日 13:56消息，全球首款低温单离子原子钟问世，精度达小数点后18位以上。
11月19日消息，多伦多大学于11月17日发布博文，宣布其物理学家取得重大突破，成功研发全球首款低温单离子光学原子钟。其精度有望达到现有顶尖时钟的100倍。这项成果将推动沿用数十年的铯原子钟体系的更新换代，并为精确计时与基础科学研究带来深远影响。 这项技术的突破不仅标志着时间测量精度的飞跃，也预示着未来在航天、通信、导航等领域的应用将更加精准和高效。低温单离子光学原子钟的出现，或许将重新定义我们对时间的理解与使用方式，为科学探索提供更可靠的工具。
物理学系副教授阿马尔·乌塔（Amar Vutha）指出，精确的时间与频率测量是整个物理单位体系的核心，因此，提高计时设备的精度，意味着夯实所有物理测量的基础。
所有计时设备都依赖于一个能够产生稳定重复间隔的机制，也就是我们常说的“滴答声”。在原子钟中，这个“滴答声”来源于激光电磁场的振荡，而原子的量子振动则起到类似音叉的作用，用来维持激光频率的稳定性。这种精密的机制使得原子钟成为目前最准确的计时工具之一，广泛应用于科学研究、导航系统以及通信网络中。 在我看来，原子钟的发展不仅体现了人类对时间测量精度的不懈追求，也反映了科技在微观世界中的深入探索。随着技术的进步，未来或许会有更稳定的计时方式出现，但目前，原子钟依然是时间标准的核心。
传统原子钟使用微波技术，而新一代光学原子钟则改用可见光激光器。由于可见光的频率比微波高约10万倍，这使得光学原子钟的精度实现了数量级的提升，能够精确到小数点后18位。这一突破不仅标志着时间测量技术的重大进步，也为科学研究和实际应用带来了更精准的基准。 从技术发展的角度看，光学原子钟的出现是科学探索不断深入的结果。更高的频率意味着更精细的时间分辨能力，这对全球定位系统、通信网络以及基础物理研究都有着深远影响。未来，随着技术的进一步成熟，这类高精度时钟或将更广泛地应用于各个领域，推动社会科技水平的整体提升。
此次研究团队的突破在于，他们成功研制出全球首个低温单离子阱。该技术同样采用光学激光器，通过电磁场捕获单个锶原子，并利用该原子与激光的同步来实现系统的稳定性。
主流光学原子钟的精度目前主要受到周围环境的影响，尤其是金属真空容器发出的红外光，即热辐射的干扰。这种热辐射会对作为“音叉”的调节原子产生影响，从而限制时钟的稳定性。尽管技术不断进步，但如何有效抑制这种环境噪声仍是提升原子钟性能的关键挑战之一。 从技术发展的角度看，减少热辐射干扰不仅有助于提高时间测量的准确性，也对科学研究和实际应用具有重要意义。未来若能在材料和结构设计上取得突破，有望进一步推动原子钟向更高精度迈进。
研究团队为了解决这一难题，将单个锶原子冷却到低于5开尔文的温度，即仅比绝对零度高出不到5度。在接近绝对零度的条件下运行，该设备能够完全消除热辐射的影响，从而突破了当前单离子原子钟的精度限制。这项关键技术的突破为实现更精确的计时奠定了基础，是迈向新一代时间标准的关键一步。
超高精度的时间测量将在多个科学领域带来深远的影响。它不仅有助于提升安培、伏特等基本电气单位定义的准确性，还将为前沿物理学研究提供更加精准的工具和手段。 在当前科技快速发展的背景下，时间测量精度的提升不仅是技术进步的体现，更是推动科学理论深化的重要基础。这种精确性将帮助科学家在更微观的层面上探索自然规律，进一步拓展人类对世界的认知边界。同时，它也为未来的技术应用，如通信、导航和量子计算等领域奠定了坚实的基础。
物理学家可以借助这种极高精度的时钟，对自然界的基本常数，如光速和普朗克常数，是否始终保持不变进行更深入的验证。因此，这款新型原子钟的出现，不仅意味着时间测量的进一步精确，也有可能推动我们对宇宙基本规律的理解发生重大变革。 这一突破性技术的诞生，标志着人类在探索自然本质的道路上又迈出了坚实的一步。高精度时钟不仅是科技发展的成果，更是科学研究的重要工具。它为我们提供了前所未有的手段，去检验那些长期以来被认为是恒定不变的物理常数，从而可能揭示出更深邃的宇宙奥秘。这样的进展，值得我们持续关注与期待。
